基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計

　　1 設(shè)計目的

　　六端口測量技術(shù)是根據(jù)矢量分析原理，采用幅度測量代替相位測量來測量復(fù)反射系數(shù)的幅度和相位。利用六端口測量技術(shù)可以精確測量反射系數(shù)的相位這一特點，將其應(yīng)用于接收機，認為接收信號是發(fā)射信號的反射波，測量接收信號與發(fā)射信號的相位關(guān)系，進而得到接收信號所包含的回波或通信信息。

　　本課題來源于某橫向合作項目，主要任務(wù)是完成某測相接收機的射頻前端的整體設(shè)計。該微波前端既有一般直接變頻接收機的優(yōu)點又改善了它的弱勢。第一，它的電路結(jié)構(gòu)非常簡潔，不存在鏡頻干擾，也就避免使用昂貴的高性能的濾波器和鏡頻抑制混頻器。第二，六端口的隔離度很好，有效抑制了直接變頻時的本振泄露。第三，檢波輸出的基帶信號要通過差分運放電路處理，這有效的降低了由自混頻引起的直流偏置的干擾。

　　2 設(shè)計思路

　　文中設(shè)計了由一個mini公司的GP2X+型功分器和三個mini公司的QCS-722+型耦合器構(gòu)成的六端口電路，采用平方率檢波器作檢波電路。原理如圖1所示。

　　這樣，高頻信號就轉(zhuǎn)換為基帶信號，又通過ADC被數(shù)字化后，再送到DSP信號處理單元。通過一些數(shù)字計算處理，就可以計算出兩路信號的相位差φ。

3 相關(guān)電路

　　文中設(shè)計了一個功分器和三個耦合器構(gòu)成六端口，采用平方率檢波器作檢波電路。出于六端口電路的對稱性和測試結(jié)果的準確性考慮，由于左右輸入端微帶線形狀不同，借助于HFSS軟件仿真，求當電氣長度一樣時，兩輸入端微帶線物理長度分別應(yīng)為多少。選用Rogers RO4003板材作為基板，其相對介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm。如圖2所示。

　　文中功分器選用mini公司的GP2X+型號芯片，帶寬寬(2.8-7.2GHz)、體積小、幅度不平衡性優(yōu)異(0.1dB)、相位不平衡性好(3°)。耦合器選用也是mini公司的QCS-722+型號芯片，頻率范圍4-7.2GHz，高功率，低不平衡性(0.2dB和2°)，在體積和帶寬方面都居于行業(yè)領(lǐng)先。

　　4 實物圖

　　經(jīng)過加工后我們得到了實物，各端口采用SMA接頭連接，在匹配端接入匹配負載，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試。實物圖如圖3、圖4所示。

　　5 結(jié)束語

　　端口5和3、端口6和4之間的相位差在一定頻率范圍內(nèi)可以被認為是一常數(shù)，那么六端口對信號相位的影響可以通過數(shù)字校準來補償?shù)簦@是對于提高精度是關(guān)鍵的一點，也是六端口技術(shù)的重要優(yōu)勢。根據(jù)式(8)可以判斷出六端口本身對兩路輸入信號相位差的影響很小。因此證明可以采用這種六端口結(jié)進行信號相位差的測量。